JP4415770B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の利用ユニットを有する冷凍装置に関し、特に、各利用ユニットの交換対策に係るものである。
従来より、複数の利用ユニットを有する冷媒回路を備え、各利用ユニットで冷却した空気やブラインなどの熱媒体を各利用側へ供給する冷凍装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1の冷凍装置は、いわゆるマルチユニット型の空気調和装置であり、冷却した空気を利用側である各室内へ供給するためのものである。
具体的に、上記空気調和装置は、熱源ユニットである1台の室外ユニットと、利用ユニットである2台の室内ユニットとを備えている。上記室外ユニットは、圧縮機構、室外熱交換器およびレシーバが配管接続されている。一方、上記各室内ユニットは、室内熱交換器が設けられている。そして、上記2台の室内ユニットは、液側連絡管とガス側連絡管とによって室外ユニットに並列に接続されて冷媒回路を形成している。この冷媒回路は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行うように構成されている。
特開2002−174463号公報
ところで、上述した冷凍装置は、利用側として住居などの室内の温調に限らず、半導体装置などが設置されるいわゆるクリーンルーム内の温調や、食品などの冷凍庫内の冷却などに適用される場合も多い。
しかしながら、上述した従来の冷凍装置においては、例えば故障した1台の室内ユニットのみを交換する場合であっても、残りの室内ユニットの運転を停止させなければならないという問題があった。つまり、交換する室内ユニットへの冷媒の流れを遮断するため、室外ユニットの運転を停止するか、または室外ユニットから液側連絡管へ繋がる部分に設けられた閉鎖弁を閉じなければならないので、残りの室内ユニットへの冷媒の流れも遮断してしまうことになる。これにより、故障に関係のない半導体装置や冷凍庫の全てについて稼動停止しなければならず、莫大な損害が発生してしまうという問題があった。
さらに、交換後には、配管内の異物等を除去するためにいわゆる真空引きを行う必要があるが、上述した冷凍装置では、交換した室内ユニットだけでなく液側連絡管やガス側連絡管までも真空引きを行わなければならないので、装置を復帰させるまでに多大な時間を要することになる。この結果、半導体装置などの運転再開が一層遅くなるという問題があった。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、連絡配管周りの構造を改良することにより、交換しない室内ユニットの運転を停止させることなく、且つ、連絡配管の真空引きを省略できるように、故障等した室内ユニットを交換することである。
具体的に、発明は、圧縮機(31)および凝縮器(32)を有する熱源ユニット(30)と、膨張弁(41)および蒸発器(42)を有する複数の利用ユニット(40)とを有し、該各利用ユニット(40)が液配管(22)とガス配管(25)とによって熱源ユニット(30)に並列に接続される冷媒回路(20)を備えた冷凍装置を前提としている。そして、上記液配管(22)およびガス配管(25)と利用ユニット(40)との接続部には、該液配管(22)およびガス配管(25)と利用ユニット(40)とを断接自在で且つ少なくとも上記液配管(22)およびガス配管(25)からの冷媒流れを遮断可能な連結手段(52,53,・・・)が設けられている。
そして、上記連結手段(52,53,・・・)が、液配管(22)に設けられ、利用ユニット(40)が接続される第1開閉弁(52)と、利用ユニット(40)に設けられ、ガス配管(25)が接続される第2開閉弁(53)と、上記第1開閉弁(52)に接続される利用ユニット(40)の配管端部の近傍に設けられ、蒸発器(42)へ向かう冷媒の流れのみを許容する第1逆止弁(CV1)と、上記第2開閉弁(53)に接続されるガス配管(25)の端部の近傍に設けられ、熱源ユニット(30)へ向かう冷媒の流れのみを許容する第2逆止弁(CV2)とにより構成されている。
また、本発明は、上記熱源ユニット(30)に設けられ、液配管(22)が接続される第3開閉弁(SV)を備えている。
さらに、本発明は、運転中に上記複数の利用ユニット(40)の何れかを交換する際、上記圧縮機(31)は継続して駆動したまま、上記交換対象の利用ユニット(40)に対応する上記第3開閉弁(SV)が閉じられ、その後所定時間の間、上記交換対象の利用ユニット(40)の膨張弁(41)の開度が通常開度よりも大きくされる。
上記の発明では、冷媒回路(20)において、圧縮機(31)の吐出ガス冷媒が凝縮器(32)で凝縮して液冷媒となり、各利用ユニット(40)の液配管(22)へ分岐して流れる。この液冷媒は、利用ユニット(40)へ流れて膨張弁(41)で減圧された後、蒸発器(42)で蒸発してガス冷媒となり、ガス配管(25)を通って熱源ユニット(30)の圧縮機(31)へ戻り、この循環を繰り返す。そして、上記蒸発器(42)で冷媒と熱交換して冷却された冷却水などの液体や空気などの熱媒体が利用側へ供給される。
ここで、例えば、複数の利用ユニット(40)のうち故障等により1台のみを交換する場合、故障した利用ユニット(40)に対応する連結手段(52,53,・・・)により故障した利用ユニット(40)を液配管(22)およびガス配管(25)から分離させる。その際、少なくとも上記液配管(22)およびガス配管(25)は、連結手段(52,53,・・・)によって遮断されるので、冷媒が外部へ流れ出ることはなく、そのまま封入される。一方、残りの利用ユニット(40)へはそのまま冷媒が流れる。つまり、上記熱源ユニット(30)および残りの利用ユニット(40)の運転を停止させずに、故障した利用ユニット(40)のみが取り外される。
また、交換して新たな利用ユニット(40)を接続した後は、液配管(22)およびガス配管(25)には冷媒が封入されているので、該液配管(22)等を真空引きする必要がなく、新たな利用ユニット(40)についてのみ行えばよい。これにより、真空引きの作業時間が短縮されるので、運転再開が早期に行われる。
また、上記の発明では、故障した利用ユニット(40)を交換する場合、先ず、故障した利用ユニット(40)に対応する第1開閉弁(52)および第2開閉弁(53)を閉じる。続いて、故障した利用ユニット(40)と第1開閉弁(52)とを分離し、且つ、第2開閉弁(53)とガス配管(25)とを分離して故障した利用ユニット(40)を取り外す。その場合、故障した利用ユニット(40)への冷媒の流れは第1開閉弁(52)で遮断される一方、残りの利用ユニット(40)へはそのまま冷媒が流れるので、熱源ユニット(30)および残りの利用ユニット(40)の運転を停止させずにすむ。
また、上記液配管(22)およびガス配管(25)には、第1開閉弁(52)および第2逆止弁(CV2)により冷媒が封入される。一方、取り外した利用ユニット(40)についても、第1逆止弁(CV1)および第2開閉弁(53)により冷媒が外部へ漏れずに封入される。したがって、交換して新たな利用ユニット(40)を接続した後は、該利用ユニット(40)における第1逆止弁(CV1)から第1開閉弁(52)との接続部までの配管と、ガス配管(25)における第2開閉弁(53)との接続部から第2逆止弁(CV2)までの配管についてのみ真空引きを行えばよい。つまり、上記第1逆止弁(CV1)および第2逆止弁(CV2)が第1開閉弁(52)および第2開閉弁(53)の近傍に設けられていることから、真空引きを行う配管長さが非常に短くなり、真空引きの作業時間が一層短縮される。
さらに、上記の発明では、第1開閉弁(52)および第2開閉弁(53)を閉じる前に、故障した利用ユニット(40)の液配管(22)に対応する第3開閉弁(SV)を閉じる。そして、故障した利用ユニット(40)の膨張弁(41)を通常開度より所定時間の間大きくした後、第1開閉弁(52)および第2開閉弁(53)を閉じるようにする。これにより、液配管(22)や利用ユニット(40)内の冷媒が低圧となり、蒸発器(42)で蒸発して殆どがガス冷媒となる。したがって、上記液配管(22)などには低圧のガス冷媒が封入されることになり、高圧の液冷媒の封入が防止される。この結果、より安全な利用ユニット(40)の交換が可能となる。
したがって、発明によれば、液配管(22)およびガス配管(25)と利用ユニット(40)との接続部に該液配管(22)およびガス配管(25)と利用ユニット(40)とを断接自在で且つ少なくとも液配管(22)およびガス配管(25)からの冷媒流れを遮断可能な連結手段(52,53,・・・)を設けるようにしたので、液配管(22)およびガス配管(25)から冷媒が流れ出るのを防止しつつ、故障等した利用ユニット(40)を取り外すことができる。これにより、熱源ユニット(30)および残りの利用ユニット(40)の運転を停止させなくてもよいので、利用側である半導体装置などを継続して稼動させることができる。この結果、稼動停止による損害の発生を抑えることができる。
また、交換した後の液配管(22)およびガス配管(25)については、冷媒が封入された状態にあるので、真空引きを行わなくてもすむ。したがって、真空引きの作業時間を短縮することができ、交換した利用ユニット(40)の稼動を早期に復帰させることができる。
また、発明によれば、連結手段(52,53,・・・)として、液配管(22)と利用ユニット(40)との接続部に第1開閉弁(52)を設けると共に、利用ユニット(40)とガス配管(25)との接続部に第2開閉弁(53)を設け、さらに第1開閉弁(52)の下流側近傍に第1逆止弁(CV1)を設けると共に、ガス配管(25)における第2開閉弁(53)の下流側近傍に第2逆止弁(CV2)を設けるようにしたので、液配管(22)およびガス配管(25)だけでなく、交換する利用ユニット(40)についても冷媒を封入させることができる。これにより、真空引きが必要となる部分は、第1逆止弁(CV1)および第1開閉弁(52)の間と、第2逆止弁(CV2)および第2開閉弁(53)の間の非常に短い区間だけとなり、真空引きの作業時間を一層短縮することができる。
また、発明によれば、熱源ユニット(30)において、各液配管(22)への冷媒の流れを開閉する第3開閉弁(SV)を設け、該第3開閉弁(SV)を閉鎖した後、所定時間の間膨張弁(41)を通常開度より大きくするようにしたので、液配管(22)や利用ユニット(40)の冷媒を低圧のガス冷媒とすることができる。これにより、液配管(22)などに高圧の液冷媒を封入させずにすむので、安全な交換作業が可能となる。
また、この第3開閉弁(SV)を故障した際に自動的に閉じる電磁弁とすれば、熱源ユニット(30)までいって操作する必要がなく、確実に液配管(22)への冷媒の流れを遮断することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
《発明の実施形態》
本実施形態の冷凍装置(10)は、冷却した冷却水を被冷却物である半導体製造装置に供給し、この半導体製造装置を一定温度に冷却するための、いわゆるチリングユニットである。
図1に示すように、上記冷凍装置(10)は、熱源ユニットである1台の室外機(30)と、利用ユニットである3台の室内機(40)とを有している。そして、上記冷凍装置(10)は、各室内機(40)が液配管(22)とガス配管(25)とによって室外機(30)に並列に接続されてなる冷媒回路(20)を備えている。この冷媒回路(20)は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う閉回路に構成されている。
上記室外機(30)は、圧縮機(31)、熱源側熱交換器である凝縮器(32)および受液器であるレシーバ(33)を備えている。上記圧縮機(31)の吐出側には、高圧配管である第1室外配管(21)の一端が接続され、吸込側には、低圧配管である第2室外配管(26)の一端が接続されている。上記第1室外配管(21)の他端は、凝縮器(32)およびレシーバ(33)を順に介した後、3つに分岐してそれぞれが室外機(30)から液配管(22)の一端へ延びている。一方、上記第2室外配管(26)の他端は、3つに分岐してそれぞれが室外機(30)からガス配管(25)の一端へ延びている。
上記凝縮器(32)は、例えば、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、図示しない室外ファンが近接して配置されている。この凝縮器(32)は、冷媒が室外ファンによって取り込まれた室外空気と熱交換して凝縮するように構成されている。
上記3台の室内機(40)は、膨張機構である膨張弁(41)と、利用側熱交換器である蒸発器(42)とを備えている。上記蒸発器(42)は、いわゆるプレート式熱交換器により構成され、冷媒が流れる冷媒通路(42a)と冷却水が流れる冷却水通路(42b)とが形成されている。上記蒸発器(42)の冷媒通路(42a)の入口側端部には、第1室内配管(23)の一端が接続され、出口側端部には、第2室内配管(24)の一端が接続されている。上記第1室内配管(23)の他端は、膨張弁(41)を介して室内機(40)から液配管(22)の他端へ延びている。一方、上記第2室内配管(24)の他端は、室内機(40)からガス配管(25)の他端へ延びている。
上記蒸発器(42)は、冷媒通路(42a)の冷媒が冷却水通路(42b)の冷却水と熱交換して蒸発し、冷却水が冷却されるように構成されている。そして、この蒸発器(42)の冷却水通路(42b)には、冷却水回路(60)が接続されている。この冷却水回路(60)では、蒸発器(42)で冷却された冷却水が被冷却物へ供給される。
次に、上記液配管(22)およびガス配管(25)と室外機(30)および室内機(40)との取り合いについて、図2を参照しながら詳細に説明する。なお、ここでは、代表して1つの室内機(40)について説明する。
上記室外機(30)は、外部へ延びた第1室外配管(21)の他端に開閉弁である第1室外閉鎖弁(51)が設けられている。この第1室外閉鎖弁(51)には、液配管(22)の一端が接続されている。また、上記室外機(30)は、外部へ延びた第2室外配管(26)の他端に開閉弁である第2室外閉鎖弁(54)が設けられている。この第2室外閉鎖弁(54)には、ガス配管(25)の一端が接続されている。
そして、本発明の特徴として、上記液配管(22)およびガス配管(25)と室内機(40)との接続部には、該液配管(22)およびガス配管(25)と室内機(40)とを断接自在で且つ少なくとも上記液配管(22)およびガス配管(25)からの冷媒流れを遮断可能な連結手段(52,53,・・・)が設けられている。この連結手段(52,53,・・・)は、開閉弁である第1室内閉鎖弁(52)および第2室内閉鎖弁(53)と、第1逆止弁(CV1)および第2逆止弁(CV2)とにより構成されている。
上記第1室内閉鎖弁(52)は、液配管(22)の室内機(40)側の他端に設けられ、室内機(40)から延びた第1室内配管(23)の他端が断接自在に接続されている。つまり、上記液配管(22)に設けられ、室内機(40)が接続される第1開閉弁を構成している。上記第2室内閉鎖弁(53)は、室内機(40)から外部へ延びた第2室内配管(24)の他端に設けられ、ガス配管(25)の他端が断接自在に接続されている。つまり、上記室内機(40)に設けられ、ガス配管(25)が接続される第2開閉弁を構成している。
上記第1逆止弁(CV1)は、室内機(40)の第1室内配管(23)における第1室内閉鎖弁(52)にできるだけ近い位置に設けられている。そして、上記第1逆止弁(CV1)は、蒸発器(42)へ向かう冷媒の流れのみを許容するように構成されている。
上記第2逆止弁(CV2)は、ガス配管(25)における第2室内閉鎖弁(53)にできるだけ近い位置に設けられている。そして、上記第2逆止弁(CV2)は、室外機(30)へ向かう冷媒の流れのみを許容するように構成されている。
また、上記室外機(30)は、第1室外配管(21)における第1室外閉鎖弁(51)の近傍に開閉弁である電磁弁(SV)が設けられている。つまり、この電磁弁(SV)および第1室外閉鎖弁(51)は、室外機(30)に設けられ、液配管(22)が接続される第3開閉弁を構成している。
−運転動作−
次に、上述した冷凍装置(10)の運転動作、および室内機(40)の交換要領について説明する。
この冷凍装置(10)の運転は、各種閉鎖弁(51〜54)および電磁弁(SV)が全開に、膨張弁(41)が所定開度に設定された状態で行われる。この状態で、圧縮機(31)を駆動すると、冷媒が冷媒回路(20)内を循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。
具体的に、上記冷媒回路(20)では、圧縮機(31)から吐出されたガス冷媒が凝縮器(32)へ流れ、室外空気と熱交換して凝縮する。この凝縮した液冷媒は、レシーバ(33)を通った後、各室内機(40)へ向かって分流する。この分流した液冷媒は、液配管(22)を経て室内機(40)へ流れ、膨張弁(41)で減圧された後、蒸発器(42)で冷却水回路(60)の冷却水と熱交換して蒸発し、冷却水が冷却される。上記蒸発器(42)で蒸発したガス冷媒は、ガス配管(25)を経て室外機(30)へ流れ、再び圧縮機(31)へ戻る。一方、上記蒸発器(42)で冷却された冷却水は、被冷却物へ供給されて該被冷却物が所定温度に冷却される。
次に、例えば、上記運転中に3台の室内機(40)のうちの1台が故障した場合において、その故障した室内機(40)のみを交換する要領について説明する。
まず、上記室外機(30)において、故障した室内機(40)の運転を停止させると、その室内機(40)に対応する電磁弁(SV)が自動的に閉状態に切り換わる。その際、室外機(30)の圧縮機(31)は、停止させずに駆動し続ける。これにより、圧縮機(31)から吐出された冷媒は、故障した室内機(40)の液配管(22)には流れないが、残りの正常な室内機(40)の液配管(22)にはそのまま流れる。なお、本実施形態では、電磁弁(SV)を閉じるようにしたが、これに代えて、第1室外閉鎖弁(51)を閉じるようにしてもよい。その場合、手動で閉じることになる。
続いて、上記液配管(22)の第1室内閉鎖弁(52)を閉じると共に、該第1室内閉鎖弁(52)から室内機(40)の第1室内配管(23)を取り外す。また、上記室内機(40)の第2室内閉鎖弁(53)を閉じると共に、該第2室内閉鎖弁(53)からガス配管(25)を取り外す。このように、故障した室内機(40)が取り外される。ここで、第1逆止弁(CV1)が設けられているので、室内機(40)の第1室内配管(23)より冷媒が漏れ出すことはなく、第1室内配管(23)へ空気が混入することもない。また、上記ガス配管(25)に第2逆止弁(CV2)が設けられているので、ガス配管(25)より冷媒が漏れ出すことはなく、ガス配管(25)へ空気が混入することもない。
なお、上記第1室内配管(23)およびガス配管(25)を取り外す前に、室内機(40)の膨張弁(41)を所定時間の間全開状態にする。これにより、第1室内配管(23)における膨張弁(41)の上流側および液配管(22)に介在していた高圧の液冷媒が低圧となり、蒸発器(42)へ流れて蒸発する。したがって、上記液配管(22)などに高圧の液冷媒が封じ込められるのを防止できるので、安全に作業を行うことができる。
次に、交換した新たな室内機(40)を液配管(22)の第1室内閉鎖弁(52)とガス配管(25)とに接続した後、配管の真空引きを行う。具体的に、真空引きする箇所は、第1逆止弁(CV1)から液配管(22)の第1室内閉鎖弁(52)までの配管と、第2室内閉鎖弁(53)からガス配管(25)の第2逆止弁(CV2)までの配管である。これらの配管は、第1逆止弁(CV1)および第2逆止弁(CV2)を第1室内閉鎖弁(52)および第2室内閉鎖弁(53)の近い位置に設けているので短くなっている。したがって、真空引きの作業を短時間で完了させることができる。
−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態によれば、液配管(22)の室内機(40)側の端部に第1室内閉鎖弁(52)を設けると共に、室内機(40)にガス配管(25)と接続される第2室内閉鎖弁(53)を設け、さらに第1室内配管(23)に第1逆止弁(CV1)を設けると共に、ガス配管(25)に第2逆止弁(CV2)を設けるようにしたので、室外機(30)の運転を停止させることなく、また室内機(40)、液配管(22)およびガス配管(25)から冷媒を殆ど漏らすことなく、故障した室内機(40)のみを交換することができる。つまり、残り2台の室内機(40)の運転を継続させたまま、故障した室内機(40)を取り外すことができるので、全ての半導体製造装置を停止させなくてもすむ。
また、上記第1逆止弁(CV1)および第2逆止弁(CV2)を第1室内閉鎖弁(52)および第2室内閉鎖弁(53)のできるだけ近い位置に設けることで、液配管(22)等の真空引きを省略することができる。したがって、真空引きの作業時間を短縮することができる。この結果、半導体製造装置の稼動を早期に復帰させることができる。
また、上記室外機(30)において、液配管(22)への冷媒の流れを閉鎖する電磁弁(SV)を設け、該電磁弁(SV)を閉鎖した後、所定時間の間膨張弁(41)を全開にするようにしたので、液配管(22)や室内機(40)の冷媒を低圧のガス冷媒とすることができる。これにより、安全な交換作業が可能となる。また、この電磁弁(SV)は自動的に閉じるようにしているので、室外機(30)までいって操作する必要はない。この結果、交換作業を迅速に行える。
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
例えば、上記室外機(30)において、電磁弁(SV)や第1室外閉鎖弁(51)を省略するようにしてもよい。その場合、圧縮機(31)から吐出された冷媒は、液配管(22)へ流れて第1室内閉鎖弁(52)で遮断されることになる。これにより、液配管(22)内に高圧の液冷媒が封じ込められるが、外部へ漏れることはない。
また、本発明は、第1室内配管(23)および接続ガス配管(25)の第1逆止弁(CV1)および第2逆止弁(CV2)に代えて、閉鎖弁を1つずつ設けるようにしてもよい。その場合、第1室内閉鎖弁(52)から第1室内閉鎖弁(52)を、第2室内閉鎖弁(53)から接続ガス配管(25)を取り外す前に、上記閉鎖弁を閉じて冷媒の流出を遮断する。
また、上記実施形態では、利用側へ供給する熱媒体が冷却水である場合を説明したが、本発明は、ブラインなどの他の液体や、空気などを熱媒体として供給する場合において同様に適用してもよい。
また、本発明は、室内機(40)を2台または4台以上備えた冷凍装置(10)に適用してもよいことは勿論である。
以上説明したように、本発明は、半導体製造装置などを冷却する利用ユニットを複数備えた冷凍装置として有用である。
実施形態に係る冷凍装置の全体を示す概略構成図である。 室外機と室内機との接続部を示す概略構成図である。
10 冷凍装置
20 冷媒回路
22 液配管
25 ガス配管
30 室外機(熱源ユニット)
31 圧縮機
32 凝縮器
40 室内機(利用ユニット)
41 膨張弁(膨張機構)
42 蒸発器
52 第1室内閉鎖弁(第1開閉弁)
53 第2室内閉鎖弁(第2開閉弁)
CV1 第1逆止弁
CV2 第2逆止弁
SV 電磁弁

Claims (1)

  1. 圧縮機(31)および凝縮器(32)を有する熱源ユニット(30)と、膨張弁(41)および蒸発器(42)を有する複数の利用ユニット(40)とを有し、該各利用ユニット(40)が液配管(22)とガス配管(25)とによって熱源ユニット(30)に並列に接続される冷媒回路(20)を備えた冷凍装置であって、
    上記液配管(22)およびガス配管(25)と利用ユニット(40)との接続部には、該液配管(22)およびガス配管(25)と利用ユニット(40)とを断接自在で且つ少なくとも上記液配管(22)およびガス配管(25)からの冷媒流れを遮断可能な連結手段(52,53,・・・)が設けられ
    上記連結手段(52,53,・・・)は、液配管(22)に設けられ、利用ユニット(40)が接続される第1開閉弁(52)と、利用ユニット(40)に設けられ、ガス配管(25)が接続される第2開閉弁(53)と、上記第1開閉弁(52)に接続される利用ユニット(40)の配管端部の近傍に設けられ、蒸発器(42)へ向かう冷媒の流れのみを許容する第1逆止弁(CV1)と、上記第2開閉弁(53)に接続されるガス配管(25)の端部の近傍に設けられ、熱源ユニット(30)へ向かう冷媒の流れのみを許容する第2逆止弁(CV2)とにより構成される一方、
    上記熱源ユニット(30)に設けられ、液配管(22)が接続される第3開閉弁(SV)を備え、
    運転中に上記複数の利用ユニット(40)の何れかを交換する際、上記圧縮機(31)は継続して駆動したまま、上記交換対象の利用ユニット(40)に対応する上記第3開閉弁(SV)が閉じられ、その後所定時間の間、上記交換対象の利用ユニット(40)の膨張弁(41)の開度が通常開度よりも大きくされる
    ことを特徴とする冷凍装置。
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